生物質(zhì)組成成分對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響.pdf

1、隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人類生產(chǎn)活動(dòng)的不斷加快，對(duì)資源的掠奪和環(huán)境的破壞也隨之加快。越來(lái)越多的污染物被排放到自然環(huán)境當(dāng)中，大自然以特有的方式已經(jīng)不斷在向人類發(fā)出警告信號(hào)。在眾多被排放的污染物對(duì)環(huán)境的影響中，由有機(jī)廢棄物引發(fā)的各類環(huán)境問(wèn)題顯得尤為突顯。不經(jīng)任何處理或不正當(dāng)處理的有機(jī)廢棄物勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響和破壞，包括對(duì)水、空氣和土壤的污染，直接威脅人類的生存。如何采取有效措施對(duì)有機(jī)固液廢棄物進(jìn)行無(wú)公害處理，逐漸成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。
　

2、　近些年來(lái)，采用厭氧發(fā)酵手段處理有機(jī)固體廢棄物得到了廣泛的研究。一方面，經(jīng)過(guò)一定程度的厭氧發(fā)酵，可以大幅度去除廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到處理有機(jī)廢棄物的目的;另一方面，在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的甲烷氣體，甲烷氣體經(jīng)凈化提出后，可以直接注入天然氣管道或作為車用燃料，以此來(lái)緩解日益緊張的化石燃料。因此，無(wú)論是從處理有機(jī)廢棄物角度還是從發(fā)展可再生能源角度來(lái)看，厭氧發(fā)酵方式均具有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　隨著厭氧發(fā)酵技術(shù)的不斷發(fā)展，從傳統(tǒng)單一底物發(fā)酵

3、逐漸轉(zhuǎn)向兩種或多種底物混合發(fā)酵?；旌习l(fā)酵可以起到均衡營(yíng)養(yǎng)，提高產(chǎn)氣率和防止體系出現(xiàn)氨氮抑制或酸敗等風(fēng)險(xiǎn)。然而，在研究混合厭氧發(fā)酵的文獻(xiàn)報(bào)道中，大多是以試驗(yàn)設(shè)計(jì)，譬如正交設(shè)計(jì)、混料模型等角度出發(fā)而開展的。很少以有機(jī)化合物成分比例對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷性能影響的研究，從這一點(diǎn)看，以往的混合物料發(fā)酵試驗(yàn)存在一定的盲目性。針對(duì)這一問(wèn)題，為了更好地開展多種底物混合發(fā)酵試驗(yàn)，了解生物質(zhì)內(nèi)在有機(jī)化合物成分比例對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷性能的影響顯得尤為必要。

4、　　本論文選取了常見的九種生物質(zhì)物料作為厭氧發(fā)酵的原料，采用濕法單相連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝進(jìn)行發(fā)酵，考察生物質(zhì)組成成分對(duì)其在連續(xù)厭氧發(fā)酵過(guò)程中性能的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中，首先對(duì)九種生物質(zhì)物料的理化性質(zhì)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)組成進(jìn)行了化驗(yàn)與分析。然后，通過(guò)110天的連續(xù)厭氧發(fā)酵，觀察并記錄各反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中的日產(chǎn)氣情況、pH、NH4+-N以及料液物質(zhì)濃度的變化情況。試驗(yàn)結(jié)束后，利用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。本試驗(yàn)獲得主要研究結(jié)果如下:
　

5、　(1)在生物質(zhì)自身營(yíng)養(yǎng)組成的相關(guān)性分析試驗(yàn)中，其結(jié)果顯示，生物質(zhì)中粗蛋白與粗脂肪的含量與其他組份之間均不存在顯著相關(guān)性;總糖含量與半纖維素和木質(zhì)素含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明生物質(zhì)中總糖含量隨半纖維素和木質(zhì)素含量的增加而減少;粗纖維含量與纖維素和木質(zhì)素含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，回歸分析表明，生物質(zhì)中纖維素和木質(zhì)素的含量可以有效解釋95.59％的粗纖維含量。
　　(2)在對(duì)發(fā)酵液堿度的檢測(cè)中，首次提出甲烷菌堿度這一概念，即在傳統(tǒng)堿度測(cè)

6、定過(guò)程中，當(dāng)pH下降到6.5時(shí)計(jì)算出的堿度值。甲烷菌堿度較傳統(tǒng)總堿度（甲基橙堿度）可以有效反映出料液能將pH穩(wěn)定在6.5（甲烷菌耐受pH的最低線）以上的能力，可以更好的服務(wù)于厭氧發(fā)酵試驗(yàn)與生產(chǎn)。在對(duì)生物質(zhì)組成成分與甲烷菌堿度的相關(guān)性分析中，其結(jié)果表明發(fā)酵料液中的甲烷菌堿度值僅與粗蛋白含量呈顯著正相關(guān)。
　　(3)在對(duì)發(fā)酵液中NH4+-N濃度的分析中，首次提出了TS產(chǎn)氨率這一概念，即進(jìn)料中每克干物質(zhì)經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生銨態(tài)氮的毫克數(shù)。

7、TS產(chǎn)氨率可通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出，它可以預(yù)測(cè)生物質(zhì)在厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)NH4+-N的能力，對(duì)避免產(chǎn)生氨氮抑制有著重要實(shí)用意義。在本試驗(yàn)的九種物料中，TS產(chǎn)氨率最強(qiáng)的物料為雞糞，其值達(dá)到了86.87 mg/g-TS。在對(duì)生物質(zhì)組成成分與TS產(chǎn)氨率的相關(guān)性分析中，其結(jié)果表明生物質(zhì)的TS產(chǎn)氨率僅與生物質(zhì)中粗蛋白含量呈顯著正相關(guān)。
　　(4)在對(duì)VS去除率的考察中，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)通過(guò)連續(xù)厭氧發(fā)酵后，其VS去除率僅與原料中總糖含量呈極顯著正相

8、關(guān)。其線性回歸模型方差檢驗(yàn)結(jié)果極顯著，決定系數(shù)R2=0.7911，表明生物質(zhì)中總糖含量可以有效解釋79.11％的去除率。
　　(5)本論文首次提出有效碳氮比概念，即在傳統(tǒng)碳氮比的計(jì)算中，其總有機(jī)碳部分減除粗纖維或酸性洗滌纖維中的碳量，利用剩余碳量與總氮量進(jìn)行比較。有效碳氮比可以真實(shí)反應(yīng)出厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的最適碳氮比，為兩種或多種物料混合發(fā)酵的配比提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)本試驗(yàn)九種物料在連續(xù)厭氧發(fā)酵過(guò)程中各方面穩(wěn)定性的比較，得出以牛糞和豬糞作

9、為底物的反應(yīng)器穩(wěn)定性最強(qiáng)，二者有效碳氮比范圍在10-16之間。
　　(6)根據(jù)有效碳氮比的概念，引出有效有機(jī)負(fù)荷率的概念，即在傳統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷率的計(jì)算中，其分子部分的揮發(fā)性固體需減除粗纖維或酸性洗滌纖維的質(zhì)量，利用剩余揮發(fā)性固體質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算得出。最后，假定在同等有效有機(jī)負(fù)荷下，對(duì)本試驗(yàn)中有效碳氮比在16以上的物料進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵時(shí)引起酸敗的可能性進(jìn)行了比較，其比較結(jié)果為木薯渣＞玉米秸稈≈玉米粉＞餐廚垃圾＞大豆秸稈，即有效碳氮比越高，引